測量儀器的自動校準的制作方法

專利名稱：測量儀器的自動校準的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及用于測量的系統和方法。本發明具體涉及用于校準大地測量儀器 的方法、大地測量儀器及其計算機可讀產品。
背景技術：
測量領域涉及使用測量角度和距離來確定物體的未知位置、表面或體積。為了進 行這些測量，測量儀器常常包括可以集成在經緯儀中的電子測距單元(EDM單元)，從而形 成所謂的全站儀。全站儀結合了電子、光學和計算機技術，并進一步設有具有可寫信息的計 算機或控制單元，所述計算機或控制單元用于控制待進行的測量并用于存儲在測量期間獲 得的數據。優選地，全站儀計算目標在固定的地面坐標系中的位置。例如，在本申請人的專 利公布文本W0 2004/057269中，更詳細地描述了這種全站儀。圖1中示意性地示出經緯儀，該圖在下文中用來說明可能出現在這類測量儀器中 的典型誤差。該經緯儀100包括底座，其三腳臺105安裝在三腳架110上；照準儀115，其 安裝在底座上用于繞豎直軸線120旋轉；以及中心單元125，其安裝在照準儀上用于繞水平 軸線130旋轉。經緯儀100的中心單元125包括用于瞄準目標的望遠鏡和光學元件。就全站儀來說，還可以在中心單元125中設置EDM單元，該EDM單元通常在中心單 元的光學軸線的方向上運行，即，沿瞄準線135運行。在常規的EDM單元中，從也被稱作發射機的輻射源發出輻射束，作為朝向目標 (或現場)的表面的光線，并且從該表面反射的光束由在EDM單元中的接收機探測，從而 產生信號。例如根據飛行時間測量(time of flight measurement)方法或調制相移測量 (modulation phase shift)方法來處理探測到的信號，使得能夠確定到該表面的距離，即， 在EDM單元和目標之間的距離。測量的準確性部分取決于大地測量儀器的機械穩定性。尤其是，如果該儀器的各 軸線相互絕對平行或垂直，那么該儀器會進行準確測量。例如，EDM單元的軸線優選地平行 于中心單元的軸線，即，全站儀100的瞄準線135。由于在儀器的生產或使用期間通常出現儀器軸線與理想位置的某些偏離，因而準 確測量取決于對該儀器的各種裝置、光通道和/或軸線的對準和校準。例如，光通道可以是 瞄準線和/或EDM單元的發射和接收光通道。下文中，將對準(alignment)和調整(adjustment)與校準(calibration)作區 分。校準是這樣的過程，在該過程中對參數或儀器設定進行測量，并將它們與參考值進行比 較。測量值與參考值之間的差值用于例如使用數學算法來補償偏離。該偏離可能物理上仍 存在，但是該偏離的影響被消除了或者至少被減少了。對準和調整用于例如通過機、電、光 補償來最小化所述偏離。例如，可能有準直誤差(collimation error)，該準直誤差在圖1中分別由瞄準線 在豎直維度(參考豎直軸線的方向)和水平維度(與參考水平軸線垂直的方向)上的豎直偏離％和/或水平偏離示出。還可能有水平軸線130在與參考豎直軸線垂直的方向 上的偏離￡k。偏離￡k代表全站儀100的耳軸軸線誤差(trunnion axis error)，該偏離 在瞄準視平線(horizon)以外的目標時促成誤差。通常，在生產階段，例如在制造儀器期間，和/或就在準備銷售該儀器時，對儀器 的不同光通道和軸線進行校準和對準。例如，EDM單元的軸線，尤其是發射機和接收機關于 瞄準線的相對位置可以被調整(對準)。另外，可以借助于機械對準來減小如上所述的準直 誤差。然而，在機械調整之后，還可能存在剩余偏離，該剩余偏離可以被測量且被包含在儀 器設定(校準值)中用于補償。為了測試對準和/或校準是否足夠穩定，全站儀還可能受 到機械沖擊荷載和溫度變化。另外，用戶可以根據記載在用戶手冊中的用法說明進行現場校準。例如，為了提高 測量準確性，建議在啟動儀器大約十五分鐘后進行手動校準，這相當于該儀器預熱所需的 時間。對于手動操作程序，用戶例如可以通過根據雙面測量(two-face measurement)瞄 準目標來校準瞄準線的準直度。該雙面測量基于經緯儀的對稱性，這使得在瞄準同一目標 時允許讀取兩個角度。首先為第一面(面1)讀取方向角，即水平角和豎直角的結合，并且 在將儀器繞豎直軸線旋轉200百分度(gon)以及將中心單元繞水平軸線旋轉200百分度之 后，為第二面(面2)讀取方向角。兩個水平角(一個為第一面1讀取，另一個為第二面讀 取)之間的差值減去200百分度，得到在水平方向上兩倍的準直誤差，即，2 ￡ h。由400百 分度和兩個豎直角(一個第一面(面1)讀取，另一個為第二面(面2)讀取)的總和之間 的差值，得到在豎直方向上兩倍的準直誤差，即，2 ev。然后，得到的偏離用來在測量期間補 償角度讀數。此外，用戶可以通過將儀器繞其豎直軸線旋轉大約200百分度來校準該儀器 中的傾斜傳感器的位準點(level point)。然而，現有技術方法和測量儀器(諸如上述的方法和測量儀器)的缺點在于，測量 的準確性和可靠性有限。另外，對機械穩定性的要求高，由此增加了開發大地測量儀器所需 的成本和時間。因此，需要提供能克服這些問題的新方法和系統。

發明內容
本發明的目的是全部或部分克服現有技術的上述不足和缺點，以及提供一種比上 述技術和現有技術更高效的替代方案。更具體地，本發明的目的是提供一種用于校準大地測量儀器的方法以及一種大地 測量儀器，以增加該儀器所進行測量的準確性和/或可靠性。本發明的另一目的是提供一種用于減小對機械穩定性的要求的方法和測量儀器。本發明的這些以及其他目的通過具有限定在獨立權利要求中的特征的方法、測量 儀器和計算機程序產品來實現。本發明的優選實施方案以從屬權利要求為特征。因此，根據本發明的第一方面，提供一種用于校準大地測量儀器的方法。該方法包 括以下步驟探測對該儀器所進行的測量有影響的至少一個參數的值；以及將該參數的探 測值與預定閾值進行比較。另外，該方法包括以下步驟基于該參數的探測值和預定閾值之 間的比較，將該儀器瞄準參考目標；以及使用該參考目標進行校準。
根據本發明的第二方面，提供一種大地測量儀器。該大地測量儀器包括底座；照 準儀，其可旋轉地安裝在底座上以繞第一軸線旋轉；中心單元，其可旋轉地安裝在照準儀上 以繞第二軸線旋轉；處理單元；以及至少一個探測器，其用于探測對該儀器所進行的測量 有影響的至少一個參數的值。該處理單元被配置為將該參數的探測值與預定閾值進行比 較；基于探測值和預定閾值之間的比較，控制照準儀和中心單元以將該儀器瞄準參考目標； 以及使用該參考目標對該儀器進行校準。根據本發明的第三方面，提供一種用于告知大地測量儀器的狀態的方法。該方法 包括以下步驟探測對所述儀器所進行的測量有影響的至少一個參數的值；將探測值與預 定閾值進行比較；以及基于這種比較，發送警報。根據本發明的第四方面，提供一種計算機程序產品，其可裝載入根據本發明的第 二方面的大地測量儀器的內存儲器中，包括軟件代碼部分，該軟件代碼部分用于使得大地 測量儀器的控制單元或處理器執行根據本發明的第一方面的步驟。根據本發明的第五方面，提供一種計算機程序產品，其可裝載入大地測量儀器的 內存儲器中，包括軟件代碼部分，該軟件代碼部分用于使得大地測量儀器的控制單元或處 理器執行根據本發明的第三方面的步驟。本發明基于這種構思控制何時要對大地測量儀器進行校準。是否需要校準是通 過以下步驟確定的探測對大地測量儀器所進行的測量有影響的參數的值；以及將這些探 測值與預定閾值進行比較。利用本發明，大地測量儀器自身決定是否要進行校準。是否需要校準大地測量儀 器是通過探測器探測的，并不需要諸如在現有技術中的用戶的主觀干涉。例如，在測量儀器安裝用于監測橋梁或隧道的情況下，是否需要校準是通過儀器 自身探測的，并不需要人員靠近儀器。本發明具有許多優勢。例如，本發明的大地測量儀器和方法的優勢在于，儀器的校 準是在客觀需要時進行的，并不是根據用戶的主觀估計。利用本發明，可以定期地進行校 準。相反，對于現有技術的系統，用戶可能經常僅在得到異常結果時才意識到需要校準，這 太遲了。另外，本發明的優勢在于，大地測量儀器可以被使用，而不用等待使儀器適應環境 溫度或者不用在儀器預熱所需時段期間等待。實際上，借助本發明，能夠在儀器的溫度增加 期間進行校準。另外，本發明的優勢在于，它簡化了大地測量儀器的設計。實際上，由于是否需要 校準是自動探測的，因此通過校準確保了測量的準確性，并且減少或至少放寬了對儀器的 機械穩定性的要求。另外，由于減少了對機械穩定性的要求，本發明優勢在于，大地測量儀器可以例如 由諸如塑料的輕質材料制成。因此，可以減小儀器的重量以及用于生產儀器的材料成本。另外，由于放寬了對機械穩定性的要求，本發明優勢在于，它簡化了大地測量儀器 的開發。因此，可以減少開發大地測量儀器所用的時間和成本。另外，本發明優勢在于，可以減少在生產中進行的校準試驗的次數。另外，本發明 可能優勢在于，可以完全控制現場校準的周期數(periodicity)。更具體地，可以通過調整 預定閾值的值來控制現場校準的周期數。例如，如果認為當儀器的溫度超過第一溫度閾值時校準儀器的次數太少，則可以使用低于第一溫度閾值的第二溫度閾值來增加校準的周期數。在本發明的方法中，探測對儀器所進行的測量有影響的參數。這些參數可以例如 影響儀器的可靠性和/或準確性。本發明的大地測量儀器包括用于探測這種參數的至少一 個探測器。特別參照本發明的第三方面，為告知大地測量儀器的狀態而發送警報的優勢在 于，用戶被告知大地測量儀器已發生的情況(參數的值已變)。為此，可以立即或者稍后進 行校準。或者，該警報可包括一建議對大地測量儀器進行檢修的檢修消息。如果參數的變 化超過預定值，則可以建議檢修，而不是校準。大地測量儀器的狀態可以是需要校準、需要檢修、或者可能什么也不用做。該狀 態可以被包括在警報中。應注意，根據本發明的第三方面的方法可以采用與根據本發明的第一方面的方法 相似的方式在大地測量儀器中實施。另外，本領域的技術人員應理解，以下實施方案中的大部分雖然是參照本發明的 第一方面進行描述的，但是可以與本發明的第三方面的方法結合使用。根據一實施方案，大地測量儀器可以包括用于探測儀器溫度的溫度傳感器。在本 實施方案中，一旦儀器溫度發生變化，就進行校準。實際上，由于每種材料都會隨溫度而膨 脹或收縮，儀器的準確性和/或可靠性可能受溫度變化影響。或者，溫度傳感器可以適合于 探測環境溫度。另外，可建議考慮使儀器適應環境溫度所需的時間。因此，可能有利的是，探測儀 器溫度和環境溫度之間的差異。根據另一實施方案，儀器可以包括用于探測加速度的加速度傳感器，該加速度也 可以影響儀器的準確性和/或可靠性。加速度的探測可能例如相當于探測該儀器受到的或 已受到的機械沖擊或運輸應力。根據另一實施方案，儀器可以包括用于探測傾斜角的傾斜傳感器，該傾斜角相當 于儀器豎直軸線和豎直參考鉛垂軸線之間的偏離。例如，如果用戶不小心撞到儀器，傾斜傳 感器可以探測傾斜角的變動。如果變動超過預定閾值，即，可容許的傾斜角變動，那么可以 進行儀器校準。根據又一實施方案，待探測的參數可以是時段(a period of time)，并且大地測 量儀器可包括計時器以探測該時段是否到期。該時段可以優選地以月、周、天、時、分和/或 秒為單位，并且相當于每次儀器校準之間的周期。本實施方案的優勢在于，校準周期不依賴 于用戶的主觀估計，相反地，該校準周期被編制程序從而以預定間隔開始。該周期可能例如 適應于使用該儀器的頻率。通常，校準頻率隨使用頻率而增加。根據一實施方案，如果儀器關閉，則參數的探測值被記錄在例如儀器的存儲器中。 一旦儀器開啟，則該探測值接著與預定閾值進行比較。本實施方案的優勢在于，即使在儀器 關閉時，也監測參數的變動。因此，由于在儀器關閉時發生的參數變化也可以進行校準。例 如，儀器可以記錄它已在從一工地運輸到另一工地期間受到沖擊，并且因此一旦該儀器被 開啟就可以進行校準。參照現有技術的儀器，用戶可能常常未注意到儀器在運輸期間受到 沖擊，因此一旦儀器開啟就不一定進行校準。本實施方案的優勢還在于，由于儀器自身探測是否需要校準，用戶在運輸儀器中可以不用太謹慎。根據參數的類型以及與該參數相關聯的預定閾值的類型，如果探測值超過預定閾 值或者如果探測值低于預定閾值，那么可以進行校準。例如，如果待探測或監測的參數為環 境溫度，那么如果發生以下任一情況溫度低于第一預定閾值或者如果溫度超過第二預定 閾值，則可以進行校準。另外，還可以根據溫度增加的程度(rate)來確定是否需要校準。例 如，每當溫度已增加一預定義值，例如每兩度，則可以進行校準。根據一實施方案，如果探測值超過或低于預定閾值一預定義值，那么進行校準，其 優勢在于，因參數與預定閾值相比的明顯不同而進行校準。根據一實施方案，基于參數的探測值和預定閾值之間的比較，生成警報。根據所生 成的警報，儀器接收一包括校準指令的消息。如果接收到的消息包括進行校準的指令，那么 儀器瞄準參考目標并且進行校準。本實施方案的優勢在于，儀器自身探測是否需要校準，但 用戶可以決定是否進行校準。當用戶接收告知需要校準儀器的警報時，用戶發送回一包括 校準指令的消息。該消息可以包括進行校準的指令或者不進行校準的指令。用戶決定進行 校準或不進行校準可以例如取決于儀器當前是否正在進行測量。根據參數的類型以及與該參數相關聯的預定閾值的類型，如果探測值超過預定閾 值或者如果探測值低于預定閾值，那么可以生成警報。另外，如果探測值超過或低于預定閾 值一預定義值，那么可以生成警報。根據一實施方案，儀器被配置為取回在先前校準中使用的參考目標位置。或者，大 地測量儀器適于搜索參考目標。在校準期間參考目標與儀器協作。參考目標可以具有各種形狀并且適合于校準儀 器的多個裝置(多個單元)。尤其是，參考目標在坐標系中的位置是固定的(即，至少在校 準期間不移動)。在一配置中，儀器包括三腳臺，參考目標可以布置在該三腳臺處。在另一 配置中，參考目標布置在儀器的底座處。或者，參考目標可以布置在三角架處，儀器安裝在 該三角架上。在另一配置中，目標可以位于儀器附近。在校準期間，儀器為該儀器的多個裝置、元件和/或軸線確定新的設定或校準值， 所述設定用來保持儀器的可靠性和準確性。根據另一實施方案，儀器的處理單元發送確認通知，該確認通知指出哪些儀器設 定已被校準。另外，該確認通知可以包括校準過的儀器設定和儀器設定的先前值之間的偏 離。用戶可以基于該偏離評估校準的質量。另外，用戶也可以評估校準的時序安排是否適 當，即是否實際上不需要校準或者是否校準被安排遲了，并且用戶也可以相應地調整預定 閾值。根據一實施方案，處理單元可以被配置為將在校準期間獲得的儀器設定與容許 值進行比較；以及如果確定該儀器設定快超出或已超出容許值的范圍，則發送檢修消息。本 實施方案的優勢在于，根據檢修消息的內容，可以優選對儀器檢修而不進行校準。如果儀器 設定接近閾值，則用戶可以在小的準確性限制的情況下繼續測量，但也建議預定一檢修日期。如上所述，儀器的多個裝置、元件和/或軸線可以被校準。根據一實施方案，大地測量儀器裝備有包括圖像傳感器的照相機，并且校準包括 對照相機的校準。
在另一實施方案中，大地測量儀器裝備有傾斜傳感器，該傾斜傳感器用于探測儀 器是否相對于參考鉛垂豎直軸線傾斜(圖1中未示出偏離)；并且校準包括對傾斜傳感器 的校準。在另一實施方案中，校準包括確定豎直和/或水平維度內的準直誤差。在另一實施方案中，校準包括確定耳軸軸線誤差(￡ k)。在另一實施方案中，校準包括確定沿水平方向的儀器取向。具體而言，沿水平方向 的儀器取向可以是通過將在儀器的照相機上獲取的參考目標的圖像和在先前校準時獲取 的存儲圖像進行比較而確定的。在又一實施方案中，大地測量儀器裝備有電子測距單元(EDM單元)，并且校準包 括對EDM單元的校準。在下文中，描述了一種用于校準EDM單元的方法。用于校準EDM單元的本發法可 以是如在本發明中限定的儀器校準的一部分。然而，用于校準EDM單元的本方法也可以脫 離于本發明，且在任意類型的大地測量儀器中單獨實施。例如，如下所述的EDM單元的校準 操作程序，為了啟動校準，不一定與參數值的探測有關。校準方法包括步驟掃描包括參考目標的區域。對于掃描區域的每個位置，EDM單 元朝該位置發射輻射束并且接收從該位置反射的輻射束。另外，儀器的處理單元記錄對應 于該位置的儀器角以及代表與該位置相關聯的接收到的輻射束的信號。記錄儀器角和信號 的處理單元也可以集成在EDM單元中。一旦已掃描區域的所有位置，就基于對所記錄的角 和信號的分析確定EDM單元的至少一個設定。用于校準EDM單元的本方法是用于校準EDM 單元的現有技術操作程序的替代方法，且可以在任何類型的大地測量儀器中實施。根據上述的用于校準EDM單元的方法的一實施方案，確定EDM單元的至少一個設 定的步驟包括以下步驟將所記錄的信號的強度映射為所記錄的角的函數；以及從該映射 中提取EDM單元的設定。具體而言，EDM單元設定可以對應于EDM單元的軸線和儀器軸線(S卩，圖1中的瞄 準線135)之間的角偏離。如果EDM單元的軸線和儀器軸線之間有偏離，那么校準EDM單元 以使得該偏離不影響測量的準確性和/或測距性能(range performance) 0例如，記錄EDM 軸線的偏離，并在EDM單元所做出的即將進行的測量中考慮該偏離。或者，可以通過機械地 移動EDM單元的發射機和/或接收機或者通過調整EDM單元的發射光學器件和/或接收光 學器件來補償EDM軸線的偏離。EDM單元的設定也可以為EDM單元的運行寬度。運行寬度可以從所記錄的信號的強 度映射作為所記錄的角的函數中提取。運行寬度代表接收機光路和發射機光路之間的重疊。在一特定實施方案中，如果運行寬度在預定容許值的范圍外，則這種信息被包含 在檢修消息中。當細讀以下詳細公開內容、附圖以及所附的權利要求時，本發明的其他目的、特征 以及優點會變得顯而易見。本領域的技術人員認識到，可以將本發明的不同特征組合以產 生與下文中描述的那些實施方案不同的實施方案。


參照以下附圖，通過本發明的優選實施方案的以下示例性和非限制的詳細描述會更好地理解本發明的上述以及其他目的、特征和優點。在附圖中圖1示出了現有技術的全站儀的視圖；圖2示出了本發明的一實施方案的大地測量儀器的主視圖；圖3示出了本發明的另一實施方案的大地測量儀器的中心單元的側視圖；圖4示出了本發明的一實施方案的校準操作程序的流程圖；圖5示出了本發明的另一實施方案的校準操作程序的流程圖；圖6示出了本發明的幾個實施方案的參考目標的實施例；圖7示出了本發明的一實施方案的EDM單元的光路；以及圖8示出了本發明的一實施方案的用于EDM單元的校準操作程序的流程圖。所有的附圖都是示意性的，不一定成比例，并且通常僅示出為解釋本發明所必需 的部分，其中其他部分可以被省略或僅僅被暗示。
具體實施例方式參照圖2，下面將描述本發明的第一實施方案。大地測量儀器，例如全站儀，示意性地示于圖2中。全站儀200包括底座105 ；照 準儀115，其安裝在底座上以繞豎直軸線120旋轉；以及中心單元125，其安裝在照準儀上以 繞水平軸線130旋轉。全站儀200還包括處理單元150和至少一個探測器170。在本實施方案中，處理單元150布置在全站儀200的底座105處。然而，處理單元 150還可以布置在例如照準儀115或中心單元125處，只要在處理單元150和探測器170之 間建立連接。根據一實施方案，處理單元150可以為通過無線通信與全站儀200的探測器 170和其他元件(單元)通訊的遠程單元。如圖2中所示，儀器200的底座105可以安裝在三角架110上。底座105是大地測量儀器的非旋轉部分，并且為了調平(levelling)目的，可以安 裝在三腳臺上。通常，中心單元125包括具有瞄準軸線或瞄準線135的望遠鏡。可控驅動器140 設置用于根據水平角控制信號將照準儀115繞豎直軸線120旋轉。角度傳感器160，諸如角 編碼器或者磁性或電容性的分角器(angle resolver)，產生水平測量信號，該水平測量信 號代表照準儀115相對于與底座105的水平角位置。相似地，可控驅動器145設置用于根 據豎直角控制信號將中心單元125繞水平軸線130旋轉，并且角度傳感器165設置用于產 生豎直測量信號，該豎直測量信號代表中心單元125相對于照準儀115的豎直角位置。在運行中，底座105安裝在三角架110上，相對于全站儀外部的水平參考(諸如地 北或磁北)處于期望的角取向，并且豎直旋轉軸線120通常是鉛垂的。隨著驅動器140使照 準儀115旋轉，水平測量信號指示照準儀相對于底座105的瞬時角取向。相似地，隨著驅動 器145使中心單元125旋轉，豎直測量信號指示中心單元相對于照準儀的瞬時角取向。驅 動器140，145的輸入信號可以例如由操作者使用鍵盤或旋鈕的輸入或由全站儀200內的跟 蹤子系統155來提供。應注意，其他類型的測量儀器可以具有兩個或更多個不同的瞄準線。第一瞄準 線可以由光學望遠鏡提供，該光學望遠鏡包括十字線、物鏡和目鏡，用于手動瞄準目標；第 二瞄準線可以由諸如在具有跟蹤功能的大地測量儀器中的物鏡和位敏探測器(positionsensitive detector)(例如，象限探測器或照相機芯片(camera chip))提供。這種儀器在 下文中稱為跟蹤器。跟蹤器允許自動瞄準協作目標，該協作目標包括例如棱鏡和/或發光 源。另外，如果目標移動，跟蹤器相應地移動。望遠鏡或位敏探測器可以用來確定朝向目標 的相對于參考方向的方向角。參照圖3，描述了本發明的大地測量儀器的另一實施方案。圖3是中心單元325的側視圖。在一實施方案中，中心單元325可以等同于參照 圖2描述的中心單元125。應注意，為清楚起見，圖3僅示出中心單元可能包括的多個部件。例如，在本申請 人的專利公布文本W0 2004001333中，更詳細地描述了中心單元。這種中心單元可以用在 本發明的全站儀200中。在中心單元325中，設有總體標示為385的電子測距單元(EDM單元)。EDM單元 385通常在中心單元325的光學中心的方向上(即，沿瞄準線335)(圖2中的135)運行，位 于由發射光通道302和接收光通道303限定的角錐之間的重疊內。角錐302的發散性主要 由EDM單元中的發射和接收光學器件確定。EDM通常包括用于發射輻射束的發射機和用于 接收例如從目標反射的輻射束的接收機386。EDM單元基于接收到的信號計算目標和全站 儀之間的距離。另外，中心單元325可以包括用于探測目標的數字照相機390，該目標例如通過發 出已知特征的(例如調制)光、通過反射調制光、通過具有已知幾何形狀或圖案和/或通過 反射諸如日光的環境光，來與全站儀協作。照相機390通常包括圖像傳感器(或照相機芯 片)，用于提供對應于照相機視場的現場的圖像。或者，EDM單元可以包括望遠鏡，用于通過 眼睛來進行視覺瞄準。中心單元325還可包括照相機芯片處理單元，該照相機芯片處理單元適于計算被 探測目標相對于圖像傳感器的位置。全站儀的處理單元150可以適于接收來自照相機芯片 處理單元的輸入，以及基于來自照相機芯片處理單元的輸入，計算到目標的相對于中心單 元125的方向。如上所述，參照圖2所述的全站儀的中心單元125可以被參照圖3所述的中心單 元325代替。返回圖2，探測器170可以為任意這樣的探測器，該探測器適于探測對由全站儀 200進行的測量有影響的參數。尤其是，探測到的參數可以對由全站儀200進行的測量的準 確性和/或可靠性有影響。由全站儀200進行的測量例如可以是由EDM單元385提供的距 離測量和/或由角度傳感器160、165提供的角度測量。雖然為附圖的清楚目的在圖2中僅示出一個探測器，但是全站儀200可以包括多 個不同的探測器。探測器170例如可以是適于探測儀器溫度或環境溫度的溫度傳感器。探測器170可以為適于探測加速度的加速度傳感器。這種探測器170可以探測例 如儀器受到的或已受到的機械沖擊或運輸應力。探測器170可以為傾斜傳感器，該傾斜傳感器適于探測對應于儀器豎直軸線120 和豎直參考鉛垂軸線之間的偏離的傾斜角。例如，如果用戶不小心撞到該儀器(或者不小 心移動該儀器)，則傾斜傳感器探測全站儀200的豎直軸線120和豎直鉛垂參考軸線之間的偏離。由于假定全站儀200的豎直軸線120是鉛垂的，所以在圖2中未示出豎直鉛垂參考 軸線。探測器170可以為計時器，該計時器適于探測時段是否已到期。該時段可以優選 地以月、周、天、時、分和/或秒來表示，并且該時段對應于該儀器每次校準之間的周期。根據一實施方案，全站儀或大地測量儀器200包括存儲器180，該存儲器180適于 記錄參數的探測值，即使在全站儀200被關閉時(例如，在全站儀200從一工地到另一工地 運輸的期間)。在本實施方案中，在探測器170和存儲器180之間建立連接，并且在存儲器 180和處理單元150之間建立連接。即使全站儀200斷電，探測器170和存儲器180也都是 起作用的(active)，S卩，通電的。參照圖4，將描述本發明的一實施方案的用于校準大地測量儀器的方法。方法4000可以在參照圖2或參照圖2和圖3的結合所述的全站儀200中實行。在步驟4010，探測器170探測參數Pa的值，該參數例如為環境溫度，為簡化起見， 該環境溫度可以等于25°C。探測器170可以被配置為應處理單元150的請求傳送參數的探測值到處理單元 150，或者可以被設置為以每秒或以每一其他合適時間間隔傳送探測值。在步驟4020，一旦處理單元150接收參數的探測值，它就將探測值25°C與預定閾 值Pt (例如20°C)進行比較。預定閾值可以為可容許的最小值或可容許的最大值。在本實 施例中，預定閾值為可容許的最大值。或者，探測器可以被配置為自己將探測值與預定閾值進行比較。在一實施方案中， 探測器可以被配置為將探測值和預定閾值之間的差值(本實施例中為+5°C )傳送到處理單 元150。差值的符號表示探測值是超過還是低于預定閾值。在本實施例中，差值為正，這表 示探測值超過閾值。在全站儀200關閉期間記錄探測值的情況下，探測值被傳送到存儲器用于存儲， 并且一旦全站儀200開啟，則探測值被傳送至處理單元用于與預定閾值進行比較。基于探測值和預定閾值之間的比較，確定是否要校準該儀器。如果需要進行校準， 則在步驟4030，將儀器瞄準參考目標。如果預定閾值對應于諸如在本實施例中的最大可容許值，那么在探測值(25°C ) 超過預定閾值(20°C)時，在步驟4040進行校準。或者，如果預定閾值對應于最小可容許 值，那么在探測值低于預定閾值時執行校準。根據一實施方案，如果探測值超過或低于預定閾值一預定義值APt，則可以進行 校準。校準產生新的儀器設定Pi，其使得測量能夠可靠和準確。參照圖5，將描述本發明的另一實施方案的用于校準大地測量儀器的方法5000。 該方法可以在參照圖2或參考圖2和圖3的結合所述的全站儀200中實施。在步驟5010，探測器170探測參數Pa的值。探測器170可以被配置為應處理單元 150的請求傳送參數的探測值到處理單元150，或者可以被設置為以每秒或以每一其他合 適的時間間隔傳送探測值。在步驟5020，一旦處理單元150接收到參數的探測值，它就將探測值與預定閾值 Pt進行比較。
或者，探測器可以被配置為自己將探測值與預定閾值進行比較。在一實施方案中， 探測器可以被配置為將探測值和預定閾值之間的差值傳送到處理單元150。差值的符號表 示探測值是超過還是低于預定閾值。在全站儀200關閉期間記錄探測值的情況下，探測值被傳送到存儲器用于存儲， 并且一旦全站儀200開啟，探測值被傳送至處理單元用于與預定閾值進行比較。基于探測值和預定閾值之間比較，確定是否要校準該儀器。如果需要進行校準，則 在步驟5030，該儀器生成警報，告知需要校準儀器。如果預定閾值對應于最大可容許值，那么在探測值超過預定閾值時可以生成警 報。或者，如果預定閾值對應于最小可容許值，那么在探測值低于預定閾值時可以生成警 報。根據一實施方案，如果探測值超過或低于預定閾值一預定義值APt，則生成警報。在步驟5040，儀器接收包括校準指令的消息。如果接收到的消息包括進行校準的 指令，則在步驟5050將儀器瞄準參考目標。在步驟5060，使用參考目標進行校準。參考目標適于與儀器協作以進行校準，并且優選地適合于校準該儀器的各種裝 置、元件和/或軸線。參照圖6，將描述參考目標的實施例。例如，參考目標可以包括棱鏡，如標記為610的目標所示。目標610可以在具有三 腳臺或不具有三腳臺的情況下安裝在三角架上。目標610的棱鏡具有良好的反射性能，例 如作為角隅棱鏡(corner cube prism)，并且光線從該棱鏡的中心反射，這適合于EDM單元 的校準。這種目標還可以設有在棱鏡周圍放置的目標板。在目標620的目標板上，包括許 多黑線和白線的圖案以這樣的方式繪制，使得所繪制的線，或者至少它們各自的虛擬延長 線，交叉于與棱鏡的中心相對應的一點處。這種目標620的優勢在于，即使目標遠離大地測 量儀器，該目標也是可識別的。因此，便于瞄準目標620。或者，參考目標可以為目標板，在該目標板上繪制有適合于照相機校準的圖案，如 標記為630的目標所示。例如，分成四個相等部分(其中兩個部分可以被著色)的圓形圖 案，是通常適合于圖像處理且因此適合于儀器200的照相機的校準的圖案。或者，參考目標640可以包括多個被布置在目標的圓柱形部分的棱鏡，該圓柱形 部分優選地位于目標的頂部。棱鏡可以按規則間隔布置，優選地相互等距分布在由圓柱形 部分提供的360度周圍。這種參考目標的優勢在于，它可以用于在參考目標周圍的大地測 量儀器的不同位置。換句話說，棱鏡目標640具有360度的配置，其可從許多不同方向被使 用。因此，即使大地測量儀器移動了，仍能夠找到目標640。在另一實施方案中，這種參考目標還可以包括光源，例如發光二極管(LED)。這種 目標650也被稱為主動目標(active target)，并可以與跟蹤器結合使用，因為它可以與跟 蹤器協作。仍參照圖6，將描述用于定位參考目標的優選配置。雖然以下所描述的優選配置可以與本發明(即，探測對由大地測量儀器進行的測 量有影響的參數)結合使用，但是這些優選配置并不依賴于對參數的檢測，并且可以被獨 自使用。
圖6示出了總體以660標記的目標，其位于大地測量儀器200的底座105中。在這種配置中，根據一運行實施例，中心單元發出光線，該光線被反射鏡663偏轉 到由調焦透鏡662和反射/源元件661組成的準直儀(collimator)。調焦透鏡662將光線 聚焦在反射/源元件661的表面。反射/源元件661可以包括光纖(例如，具有大約50微 米芯直徑(core diameter)的纖維)。該纖維可以在反射/源元件661處具有拋光的纖維 端，這種優勢在于，光線被反射回到準直儀透鏡。然后，光線被傳送回到中心單元。或者，反 射/源元件661可以包括半反射涂層。在本實施例中，該源用作反射器。反射功能可以用 于校準EDM束或其他發射機/接收機的組合。根據另一運行實施例，反射/源元件661可以包括用于將準直光傳送到中心單元 的光源，該光源例如可以用于校準照相機芯片、準直誤差和/或耳軸軸線誤差。這種配置具有優勢，這是因為它提供了相對于儀器具有固定位置的參考目標。另 外，參考目標不必位于儀器的附近，在該儀器附近它可能受到干擾。這種配置對儀器的移動 不敏感(或者至少不太敏感)。該配置還確保，中心單元和參考目標之間的距離在兩次測量 之間保持不變。在另一配置中，參考目標可以布置在其上安裝有大地測量儀器的三角架處。根據一實施方案，本發明的方法包括搜索參考目標的步驟。例如，可以通過在朝預 定義區域的不同位置發出輻射束的同時用該儀器掃描該預定義區域來執行該搜索步驟。通 過分析在儀器處接收到的信號來探測參考目標，其中該信號代表反射束。可以通過控制可 控裝置140、145來旋轉該儀器，或者該儀器可以包括分立的掃描單元。作為另一實施例，可 以借助于照相機和圖像分析來執行該搜索步驟，以在照相機的視場內探測參考目標。另外， 該搜索步驟可以將以下兩者結合分析由照相機獲得的圖像；和旋轉該儀器。如果在由照 相機獲得的第一圖像中沒有探測到參考目標，那么可以將該儀器旋轉對應于例如照相機的 視場尺寸的角度，以獲得和分析第二圖像。在一實施方案中，這種搜索由裝備有驅動器和位敏探測器的儀器(例如，跟蹤器) 以自驅動(self-driven)方式執行，該位敏探測器與來自目標的光信號協作。一旦找到參考目標，就可以對該儀器的各種裝置進行校準。本實施方案的優勢在 于，對目標的瞄準可具有高準確性。相反，現有技術依靠用戶手動瞄準，這可能是低質量的。根據一實施方案，參考目標的位置被存儲并且如果需要校準，該位置被取回。在這 種情況下，不執行搜索步驟。通過避免手動瞄準，改善了校準，并且也提高了通過該被校準儀器所執行的測量 的準確性。根據一實施方案，校準包括對儀器的照相機進行校準。例如，參照圖2和/或圖3， 優選已知照相機的中心相對于儀器軸線120、130和135的位置和取向(orientation)。例 如，在本申請人的專利公布文本WO 2005/059473中，更詳細地描述了照相機的校準。在一 實施方案中，照相機的校準包括以下步驟將儀器朝向參考目標；以及在兩個面中，在圖像 傳感器上生成不同位置的校準點的圖像。在該操作程序中，對于第一面，將儀器移動，使得 目標的圖像在圖像傳感器上移動，從而生成多個校準點。通過探測參考目標在照相機的圖 像傳感器上的位置，來生成校準點。然后，將該儀器移動到第二面，并且如上所述地生成多 個校準點。對于每個校準點，確定代表校準點和測量儀器之間距離的距離數據。另外，對于 每個校準點圖像，確定代表校準圖像在圖像傳感器上位置的位置數據以及代表傾斜軸線繞豎直軸線旋轉的水平角和照相機相對于傾斜軸線傾斜的豎直角的取向數據。然后，基于這 些數據，計算用于照相機的儀器設定，即，照相機相對于儀器中心的校準值或常量。根據一實施方案，校準包括對傾斜傳感器的校準。傾斜傳感器可以位于照準儀中。 傾斜傳感器用來測量豎直軸線與參考鉛垂豎直線或軸線的偏離。然而，由于傾斜傳感器可 以自身具有偏離量，優選對傾斜傳感器進行校準。該校準在相互間隔200百分度的至少兩 個點處進行。優選地，對應于四個不同角度位置的四次測量(每次測量間隔200百分度的 2個位置)用來計算豎直軸線與參考鉛垂線的偏離。根據一實施方案，該校準包括確定瞄準線135、335在豎直或水平維度內的準直誤 差。該確定過程導致新的儀器設定Pi,該新的儀器設Spi消除或至少最小化所述準直誤差。 這種確定過程可以包括以下步驟在儀器的兩個面中，通過手動方式一例如使用驅動器 旋鈕一來瞄準參考目標；以及讀取朝向參考目標的儀器角度。準直誤差的校準是手動進 行的，尤其是如果該儀器包括普通望遠鏡。在另一實施方案中，該確定過程包括以下步驟 在儀器的兩個面中，通過自動方式瞄準參考目標；以及讀取朝向參考目標的儀器角度。根據一實施方案，該校準包括確定儀器設定Pi,以校正在儀器的總體角度取向(例 如，儀器的水平取向)中的誤差或變化。可以通過使用望遠鏡手動地或者使用跟蹤器的位 敏探測器自動地瞄準參考目標來校準儀器的總體角度取向。當在絕對坐標系中測量位置數 據時，可能需要儀器相對于已知方向的取向。在這一操作程序中，參考目標用來在測量活動 開始時獲得全站儀的角度取向(例如在校準操作程序之后所獲得的角度取向)，并且在結 束測量活動之前核對該參考目標。核對參考目標相對于全站儀的角度取向的位置確保了， 全站儀在測量活動期間沒有移動。根據一實施方案，該校準包括對EDM單元的校準。例如，如果參數(例如，溫度)已變，儀器可以瞄準參考目標并且用EDM單元測量 該儀器和目標之間的距離。然后，可以將在該校準測量期間獲得的距離值與在參考測量期 間獲得的距離值進行比較。例如，參考測量可以是在到達工地時用EDM單元瞄準參考目標 所進行的測量。在本實施方案中，優選的是，參考目標在參考測量和校準測量之間沒有移 動。目標可以遠離儀器或者位于該儀器處。然而，由于和儀器之間的距離優選地沒有改變， 所以有利的是，參考目標布置在儀器處，諸如由圖6中的目標660所描述的。參照圖7和8，將描述本發明的一實施方案的一種用于校準EDM單元的方法。圖7示出了 EDM單元700的光路(通道)在目標現場中的視場。最初(t = 0)，例 如當儀器準備銷售時，發射光路725 (對應于參照圖3所描述的角錐302)與EDM單元700 的接收光路750 (對應于參照圖3所描述的角錐303)對準。另外，儀器軸線735，即，參照圖 2和3所描述的瞄準線135、335，也可以與EDM單元的光路725、750對準。在圖7中示出的 t = 0的實施例中，發射光路725、接收光路750和儀器軸線735各自的中心是對準的。然而，在一定時間段(t = tl)后，光路725、750之間可能發生一些偏離。另外，光 路725、750的相對位置也可能偏離于儀器軸線735的位置。對應于發射光路725和接收光 路750之間交叉(重疊)的區域790，相當于EDM單元的有效面積(active area) 0該區 域的大小取決于發射和接收光路725、750各自的偏離，并且限定EDM單元的運行寬度(面 積)。由于EDM單元的運行寬度(operation width)可能例如由于儀器受到的沖擊而變化， 所以需要校準以知道EDM單元的運行寬度。然后，將運行寬度的值考慮用于由EDM單元所
18執行的測量。或者，可以調整光路的位置以改變EDM單元的運行寬度。然后在由EDM單元 所執行的即將發生的測量中考慮新的運行寬度。另外，也可以校準EDM單元的有效面積或區域790相對于儀器的軸線735 (或者儀 器的中心)的相對位置。如果儀器包括用于瞄準目標的照相機，則這種校準尤其有利。確 定了有效面積790的中心和儀器軸線735之間的偏離，則可以限定以有效面積790的中心 為中心的新瞄準線。應注意，常規的全站儀很可能不能夠在如圖7中所示的未對準情形下運行。參照圖8，將描述根據本發明的一實施方案的一種用于校準EDM單元的方法。這種 操作程序使得要確定EDM單元的至少一個設定，所述至少一個設定可以是EDM單元的運行 寬度或者EDM單元的軸線相對于儀器中心的相對位置。用于校準EDM單元的本方法可以在參照圖2或參照圖2和3的結合所描述的大地 測量儀器200中實施。方法8000包括在步驟8010，用該儀器掃描包括參考目標的感興趣的區域。該儀 器可以通過控制可控裝置140、145(圖2)而被旋轉或者借助于分立的掃描單元。該儀器可以被設置為掃描感興趣的區域中的許多預定位置。預定位置的數目可以 自動設定或者由用戶手動輸入。預定位置的數目控制校準的準確性，這是因為位置數目的 增加提高了校準質量。在步驟8020，對于每個預定位置，輻射束經由發射光通道725從EDM 單元被傳送到該位置。在步驟8030，EDM單元經由接收光通道750接收在該位置被反射的 那部分輻射束。對于每個位置，記錄對應于該位置的儀器角和代表所接收到的束的信號。在 步驟8050，對所有預定位置或一部分預定位置(取決于用戶選擇)重復該操作程序。一旦已經掃描所有(或者一部分)預定位置，則在步驟8060將所記錄的信號的強 度映射為所記錄的角度的函數。然后，從該映射(mapping)提取EDM單元的設定。應注意，儀器可以沿水平或豎直方向掃描感興趣的區域。當沿水平方向掃描時，該 映射得到多個圖表，其中每個圖表代表關于每個掃描過的水平方向所收集的信息。對該映射的分析可以得到對EDM單元的運行寬度和/或EDM單元的軸線相對于儀 器軸線的偏離的確定。優選地，參考目標所處的掃描區域的分區(zone)導致該圖表中的信 號強度較大的區域(與沒有參考目標的分區相比)。為此，將信號強度映射為所記錄的角度 的函數，就產生與具有參考目標的分區相對應的波峰(peak)。波峰的大小表示EDM單元的 運行寬度。另外，重疊區域中心的信號強度可以表示該EDM單元的可能的最大距離測量范 圍。另外，代表所記錄的儀器角的波峰沿軸線的位置表示EDM單元的軸線相對于儀器軸線 的相對位置。應注意，上述方法也可以適用于校準跟蹤器，該跟蹤器包括發射機和諸如照相機 的位敏探測器。在這種跟蹤器中，發射機和照相機芯片的相對位置和/或方向可以因發射 機或照相機的位置和/或方向的變化而變化。根據現有技術，這種運動可以忽略，因為使用 了覆蓋大光場(optical field)的大發射機，而照相機的視場(原理上)總是位于該大光 場內。然而，使用大發射機減小了在照相機芯片處接收到的光密度，由此減小了跟蹤器的距 離范圍。用于校準跟蹤器的本方法與上面參照圖8所述的用于校準EDM單元的方法基于 相同的原理，即，掃描感興趣的區域中的許多預定位置，以記錄儀器角和代表反射束的信號(初始束被發射機從跟蹤器發射并且反射束在跟蹤器被照相機探測)，以及對所記錄的信 號映射為所記錄的角度的函數進行分析。在該方法中，由于可以探測發射機的位置和照相 機的位置之間的偏離，所以可以使用具有與照相機的視場一樣大的光場的發射機。例如，如 果發射機相對于照相機的位置已向左移動，則探測到照相機的右邊部分并沒有接收任何輻 射，即，照相機的有效區域被減小了。然后，可以在即將進行的測量中考慮該有效區域的減 小。發射機的光場優選與照相機的視場一樣大。然而，對于本方法，發射機的光場也可以小 于照相機的視場。通常，參照圖8所描述的方法可以適用于校準任何成對的發射機和接收機。根據一實施方案，一旦執行校準，就將給用戶發送確認通知(acknowledgement)。 確認通知指出已經校準得出哪些儀器設定Pi。另外，該確認通知可以包括校準得出的儀器 設定Pi和儀器設定的先前值之間的偏離。確認通知可以是包括校準的測量值和結果的日志文件(log-file)。確認通知可以 包括校準之前的儀器設定以及校準之后的儀器設定，以指出由校準所校正的儀器的偏離。另外，可以分析校準得出的儀器設定以核對它們是否在預定范圍內。將校準得出 的儀器設定與容許值進行比較。如果確定儀器設定在所述容許值所限定的范圍之外，則給 用戶發送檢修消息。該檢修消息與確認通知的不同在于，在該消息中包括進行檢修的推薦 信息(recommendation)。該檢修消息可以通知儀器的哪個裝置和元件已被校準以及哪個裝 置和元件需要更進一步的檢修。根據一實施方案，本發明的方法還可以包括發送消息的步驟，該消息指出將進行 校準，這是有利的，因為用戶可停止當前的測量活動。本發明適用于幾種類型的大地測量儀器，諸如電子測量裝置、全站儀、自動全站儀 (robotic total station)、大地測量掃描儀和/或激光雷達。盡管上文已結合本發明的優選實施方案描述了本發明，但對于本領域的技術人員 來說顯而易見的是，在不偏離如下面權利要求所限定的本發明的范圍的情況下，可想到多 種改型。
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權利要求
用于校準大地測量儀器(200)的方法，所述方法包括以下步驟(4010，5010)探測對由所述儀器進行的測量有影響的至少一個參數的值；(4020，5020)將所述至少一個參數的探測值與預定閾值進行比較；(4030，5050)基于所述至少一個參數的探測值和所述預定閾值之間的比較，將所述儀器瞄準參考目標(600)；以及(4040，5060)使用所述參考目標進行校準。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟如果所述儀器關閉，則記錄所述至少一個 參數的探測值，其中一旦所述儀器開啟，就執行將探測值和預定閾值進行比較的步驟。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，如果探測值超過所述預定閾值，那么執行瞄 準步驟。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其中，如果探測值低于所述預定閾值，那么執行瞄 準步驟。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，如果探測值超過或低于所述預定閾 值一預定義值，那么執行瞄準步驟。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟(5030)基于所述至少一個參數的探測值和所述預定閾值之間的比較，生成警報；(5040)響應于所生成的警報，接收包括校準指令的消息；以及(5050)如果所接收的消息包括進行校準的指令，則將所述儀器瞄準參考目標。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，如果探測值超過所述預定閾值，那么生成所述警報。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，如果探測值低于所述預定閾值，那么生成所述警報。
9.根據權利要求6-8中任一項所述的方法，其中，如果探測值超過或低于所述預定閾 值一預定義值，那么生成所述警報。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，還包括搜索參考目標的步驟。
11.根據權利要求1-9中任一項所述的方法，其中，瞄準步驟包括步驟取回在先前校 準中使用的參考目標的位置。
12.根據上述權利要求中任一項所述的方法，還包括發送確認通知的步驟，所述確認通 知指出哪些儀器設定已被校準。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述確認通知包括在校準過的儀器設定和所 述儀器設定的先前值之間的偏離。
14.根據上述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟 將在校準期間得到的儀器設定和容許值進行比較；以及如果確定該儀器設定在所述容許值限定的范圍之外，則發送檢修消息。
15.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數是所述儀器的溫 度或環境溫度。
16.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數是加速度，所述 加速度代表所述儀器經受的機械沖擊或運輸應力。
17.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數是傾斜角，所述傾斜角對應于儀器豎直軸線和豎直參考鉛垂軸線之間的偏離。
18.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數是以月、周、天、 時、分和/或秒表示的時段，其中所述時段對應于所述儀器的每次校準之間的周期。
19.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，在所述校準期間參考目標與所述儀 器協作。
20.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述參考目標在坐標系中的位置是 固定的。
21.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述參考目標布置在以下任一個 處所述儀器的三腳臺、所述儀器的底座以及所述儀器安裝在其上的三腳架。
22.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述校準包括對所述儀器的照相機 (390)進行校準，其中所述照相機包括圖像傳感器。
23.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述校準包括對所述儀器的電子測 距單元(385)，即EDM單元，進行校準。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，對EDM單元進行校準包括以下步驟(8010)掃描包括所述參考目標的區域，其中，對于掃描區域的每個位置，所述方法包括(8020)從所述EDM單元朝所述位置發射輻射束； (8030)在EDM單元接收從所述位置反射的輻射束； (8040)記錄儀器角和信號，該儀器角對應于所述位置以及 所述信號代表與所述位置相關聯的接收到的輻射束；以及 (8050) 一旦已掃描所述區域的所有位置，(8060,8070)基于對所記錄的角和信號的分析，確定EDM單元的至少一個設定。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，EDM設定對應于EDM軸線和儀器瞄準線之間的角偏離。
26.根據權利要求24或25所述的方法，其中，EDM設定是所述EDM的運行寬度。
27.根據權利要求24-26中任一項所述的方法，其中，確定至少一個EDM設定的步驟包 括以下步驟(8060)將所記錄的信號的強度映射為所記錄的角的函數；以及 (8070)從該映射中提取EDM設定。
28.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述校準包括對所述儀器的傾斜傳 感器進行校準。
29.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述校準包括步驟確定儀器瞄準 線(135，335)在豎直或水平維度內的準直誤差。
30.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述校準包括步驟確定沿水平方 向的儀器取向。
31.根據權利要求30所述的方法，其中，沿水平方向的儀器取向是通過將在所述儀器 的照相機上獲取的所述參考目標的圖像和在先前校準時獲取的存儲圖像進行比較而確定 的。
32.一種大地測量儀器(200)，包括底座(105)；照準儀(115)，其可旋轉地安裝在該底座上以繞第一軸線(120)旋轉； 中心單元(125)，其可旋轉地安裝在該照準儀上以繞第二軸線(130)旋轉； 處理單元(150)；以及至少一個探測器(170)，其用于探測對由所述儀器進行的測量有影響的至少一個參數 的值；其中，所述處理單元被配置為 將所述至少一個參數的探測值與預定閾值進行比較； 基于探測值和所述預定閾值之間的比較，控制所述照準儀和 所述中心單元以將所述儀器瞄準參考目標(600)；以及 使用所述參考目標對所述儀器進行校準。
33.根據權利要求32所述的大地測量儀器，還包括存儲器(180)，其被配置為如果所 述儀器關閉，則記錄所述至少一個參數的探測值，其中所述處理單元被配置為一旦所述儀 器開啟，則將所記錄的值與預定閾值進行比較。
34.根據權利要求32或33所述的大地測量儀器，其中，如果探測值超過所述預定閾值， 則所述處理單元控制所述照準儀和所述中心單元，以將儀器瞄準參考目標。
35.根據權利要求32或33所述的大地測量儀器，其中，如果探測值低于所述預定閾值， 則所述處理單元控制所述照準儀和所述中心單元，以將儀器瞄準參考目標。
36.根據權利要求32-35中任一項所述的大地測量儀器，其中，如果探測值超過或低于 所述預定閾值一預定義值，則所述處理單元控制所述照準儀和所述中心單元，以將儀器瞄 準參考目標。
37.根據權利要求32-36中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置為基于探測值和所述預定閾值之間的比較，生成警報； 響應于所生成的警報，接收包括校準指令的消息；以及如果接收到的消息包括對所述儀器進行校準的指令，則控制所述照準儀和所述中心單 元，以將所述儀器瞄準參考目標。
38.根據權利要求37所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元被配置為如果探測值 超過所述預定閾值，則生成警報。
39.根據權利要求37所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元被配置為如果探測值 低于所述預定閾值，則生成警報。
40.根據權利要求37-39中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元被配置為 如果探測值超過或低于所述預定閾值一預定義值，則生成警報。
41.根據權利要求32-40中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置 為搜索參考目標。
42.根據權利要求32-40中任一項所述的大地測量儀器，還包括存儲器，其被配置為 記錄在先前校準中使用的目標參考的位置，其中所述處理單元被配置為將所述儀器瞄準所 述位置。
43.根據權利要求32-42中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置為發送確認通知，該確認通知指出哪些儀器設定已被校準。
44.根據權利要求43所述的大地測量儀器，其中，所述確認通知包括已校準的儀器設 定和所述儀器設定的先前值之間的偏離。
45.根據權利要求32-44中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置為將在校準期間獲得的儀器設定和容許值進行比較；以及如果所述處理單元確定該儀器設定在容許值所限定的范圍之外，則發送檢修消息。
46.根據權利要求32-45中任一項所述的大地測量儀器，還包括至少一個溫度傳感器， 其中所述至少一個參數是所述儀器的溫度或環境溫度。
47.根據權利要求32-46中任一項所述的大地測量儀器，還包括加速度傳感器，其中所 述至少一個參數是加速度，所述加速度代表所述儀器受到的機械沖擊或運輸應力。
48.根據權利要求32-47中任一項所述的大地測量儀器，還包括傾斜傳感器，其中所 述至少一個參數是傾斜角，所述傾斜角對應于儀器豎直軸線和豎直參考鉛垂軸線之間的偏 罔。
49.根據權利要求32-48中任一項所述的大地測量儀器，還包括計時器，其中所述至少 一個參數是以月、周、天、時、分和/或秒表示的時段，其中所述時段對應于所述儀器的每次 校準之間的周期。
50.根據權利要求32-49中任一項所述的大地測量儀器，其中，在校準期間參考目標與 所述儀器協作。
51.根據權利要求32-50中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述參考目標在坐標系 中的位置是固定的。
52.根據權利要求32-51中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述參考目標布置在以 下任一個處所述儀器的三腳臺(175)、所述儀器的底座以及所述儀器安裝在其上的三腳 架(110)。
53.根據權利要求32-52中任一項所述的大地測量儀器，還包括照相機，所述照相機包 括圖像傳感器，其中所述處理單元被配置為校準所述照相機。
54.根據權利要求32-53中任一項所述的大地測量儀器，還包括電子測量裝置，即， EDM，其中所述處理單元被配置為校準所述EDM。
55.根據權利要求54所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元被配置為控制所述儀器的可控裝置(140，160)，以掃描包括所述參考目標的區域，其中，對于掃 描區域的每個位置，所述EDM朝所述位置發射輻射束；所述EDM接收從所述位置反射的輻射束；所述處理單元記錄儀器角以及信號，該儀器角對應于所述位置以及所述信號代表由 EDM接收的輻射束；以及一旦已掃描所述區域的所有位置，基于對所記錄的角和所記錄的信號的分析，所述處理單元確定至少一個EDM設定。
56.根據權利要求55所述的大地測量儀器，其中，EDM設定對應于EDM軸線和儀器瞄準 線之間的角度偏離。
57.根據權利要求55或56所述的大地測量儀器，其中，EDM設定是所述EDM的運行寬度。
58.根據權利要求55-57中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置為將所記錄的信號的強度映射為所記錄的角的函數；以及 從該映射中提取EDM設定。
59.根據權利要求32-58中任一項所述的大地測量儀器，還包括傾斜傳感器，其中所述 處理單元被配置為校準所述傾斜傳感器。
60.根據權利要求32-59中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置 為確定瞄準線(135，335)在豎直或水平維度內的準直誤差。
61.根據權利要求32-59中任一項所述的大地測量儀器，其中，所述處理單元還被配置 為確定沿水平方向(130)的儀器取向。
62.根據權利要求61所述的大地測量儀器，還包括圖像傳感器，其中所述處理單元被 配置為將由所述圖像傳感器獲取的所述參考目標的圖像和在先前校準時獲取的存儲圖像 進行比較。
63.用于告知大地測量儀器(200)的狀態的方法，所述方法包括以下步驟 探測對由所述儀器進行的測量有影響的至少一個參數的值；將所述至少一個參數的探測值與預定閾值進行比較；以及基于所述至少一個參數的探測值和所述預定閾值之間的比較，發送警報。
64.根據權利要求63所述的方法，還包括步驟如果接收到對警報的響應，則進行校準。
65.根據權利要求64所述的方法，還包括步驟為進行所述校準，將所述儀器瞄準參考 目標(600)。
66.根據權利要求63所述的方法，其中，所述警報包括檢修消息，該檢修消息建議對所 述大地測量儀器進行檢修。
67.根據權利要求63-66中任一項所述的方法，其中，如果探測值超過所述預定閾值， 則進行發送警報的步驟。
68.根據權利要求63-66中任一項所述的方法，其中，如果探測值低于所述預定閾值， 則進行發送警報的步驟。
69.根據權利要求63-66中任一項所述的方法，其中，如果探測值超過或低于所述預定 閾值一預定義值，則進行發送警報的步驟。
70.一種計算機程序產品，其可裝載入大地測量儀器的內存儲器中，包括軟件代碼部 分，該軟件代碼部分用于使得所述儀器的控制單元執行根據權利要求1-31的步驟。
71.一種計算機程序產品，其可裝載入大地測量儀器的內存儲器中，包括軟件代碼部 分，該軟件代碼部分用于使得所述儀器的控制單元執行根據權利要求63-69的步驟。
全文摘要
本發明提供一種用于校準大地測量儀器的方法、一種儀器以及該儀器的計算機程序產品。在本發明的方法和大地測量儀器中，探測對由該儀器進行的測量有影響的至少一個參數的值，并將該值和預定閾值進行比較。基于探測值和預定閾值之間的比較，將儀器瞄準參考目標，以及使用該參考目標進行校準。本發明的優勢在于，提高了由該儀器進行的測量的準確性和可靠性。另外，本發明優勢在于，減少了對機械穩定性的要求。
文檔編號G01C15/00GK101960256SQ200880127641
公開日2011年1月26日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者C·格拉瑟 申請人:特林布爾公司